电容传感器ppt课件.ppt

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1、第五章电容传感器本章介绍电容传感器的分类、结构、基本原理及应用，重点介绍FM调频电路。还介绍硅微机械加工技术制作的摆式硅微电容加速度传感器，电容接近开关，以及压力、液位、流量的基本概念，测量方法等。第一节电容式传感器的工作原理及结构形式电容传感器以各种类型的电容器作为传感器元件，将被测物理量转换为电容量的变化，再经测量转换电路转换为电压、电流或频率。电容传感器具有如下优点：（1）可获得100%以上的相对变化量。（2）能在恶劣的环境条件下工作。（3）所需的激励源功率小，本身发热问题可不予考虑。（4）动态响应比电感传感器快。电容器在收音

2、机中的应用并联在收音机LC谐振电路的电感两端的电容量越大，所接收到的电台的频率就越低。电容器在收音机中，用于改变谐振频率，从而调整所要接收的电台。第一节电容式传感器的工作原理及结构形式电容传感器的工作原理可以用平板电容器来说明。当忽略边缘效应时，其电容为式中A——两极板相互遮盖的有效面积（m2）；d——两极板间的距离，也称为极距（m）；ε——两极板间介质的介电常数（F/m）；εr——两极板间介质的相对介电常数；ε0——真空介电常数,ε0=8.8510-12(F/m)电容器的边缘效应理想电容器的电场线是直线,而实际电容器只有中间区域

3、是直线,越往外电场线弯曲的越厉害。到电容边缘时电场线弯曲最厉害，这种电场线弯曲现象就是边缘效应。在基板面积较小时，将引起测量误差。三种类型的电容传感器在A、d、ε三个参量中，改变其中任意一个量，均可使电容C改变。也就是说，电容C是A、d、ε的函数，这就是电容传感器的基本工作原理。固定三个参量中的两个，可以制作成以下三种类型的电容传感器：变面积式电容传感器、变极距式电容传感器、变介电常数式电容传感器。一、变面积式电容传感器CCCd0Axxd01－定极板2－动极板3－外圆筒4－内圆筒5－导轨6－测杆7－被测物8—水平基准变面积式电容传

4、感器简析图a是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动，称为动极板。极板2固定不动，称为定极板。图b是同心圆筒形变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动。平行板形变面积式电容传感器的容量变化设两极板原来的遮盖长度为a0，极板宽度为b，极距固定为d0，当动极板随被测物体向左移动x后，两极板的遮盖面积A将减小，电容也随之减小，电容Cx为式中C0——初始电容值在变面积电容传感器中，电容Cx与直线位移x成正比。角位移式的结构1-动极板2-定极板极板2的轴由被测物体带动而旋转一个角位移度时，两极板的遮盖面积A就减小，因

5、而电容量也随之减小。保持极距d0不变C角位移A圆筒形直线位移传感器外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动。设内圆筒的外半径、外圆筒的内半径分别为R和r，两者原来的遮盖长度为h0，电容量与位移成正比：CxAA变面积式电容传感器的特性总结变面积式电容传感器的输出特性在一小段范围内是线性的，灵敏度是常数。这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。CAA1-实际特性2-理论特性二、变极距式电容传感器当动极板受被测物体作用引起位移时，改变了两极板之间的距离d，从而使电容量发生变化。实际使用时，总是使初始极距d0尽量小些，以提高灵

6、敏度，但这也带来了变极距式电容器的行程较小的缺点。变极距式电容传感器的特性曲线从图中可以看到，为了提高灵敏度，应使d0小一些为好，但行程变小（动静极板接触）。a）   结构示意图b）电容量与极板距离的关系1—定极板2—动极板3－弹性膜片变极距式电容传感器的特性及灵敏度设初始极距为d0，当动极板向上位移时，极板间距减小了x值后，其电容变大。设，则有电容Cx与位移x不是线性关系，其灵敏度Kx不为常数：差动式电容传感器a）差动变极距式b）差动变面积式1－动极板2－定极板差动电容传感器的灵敏度提高近一倍，线性也得到改善。外界的影响诸如温度、激

7、励源电压、频率变化等也基本能相互抵消。电容传感器的非线性误差还可以进一步用计算机来计算修正。差动式电容传感器特性曲线1-上面的电容特性2-下面的电容特性3-差动特性线性好，灵敏度高A1A2C1C21-上、下外电极引线2-接地电极三、变介电常数式因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。几种介质的相对介电常数变介电常数式电容传感器当某种被测介质处于两极板间时，介质的厚度δ越大，电容Cδ也就越大。Cδ等效于空气所引起的电容C1和被测介质所引起的电容C2的并联式中C1——空气介质引起的等效电

8、容；C2——被测介质引起的等效电容；δ——介质的厚度；d——极距磁粉制动器励磁信号电动机张力信号张力传感器张力传感器信号处理器厚度信号绝缘薄膜张力及厚度测量系统拉力上下极板变介电常数式电容传感器的用途不同介质对变介电常数